模拟电子方波—正弦波—三角波转换全解

第1章绪论

1.1简介

在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和实验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。

波形发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，不能根据实际需要灵活扩展。随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便。根据用途不同，有产生三种或多种波形的波形发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。

信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。正弦信号是使用最广泛的测试信号。

现在,我们通过对函数信号发生器的原理以及构成设计一个能变换出正弦波、方波、三角波的简易发生器。

众所周知，制作函数发生器的电路有很多种。本次设计先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，这是一种频率可调的移相式正弦波发生器电路，其频率稳定一般为实验所

确定，然后可以通过改变电容值来改变再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。它的制作成本不高，路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源。

信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。该函数发生器要求能输出频率范围可调的正弦波、方波和三角波，能够很好的实现本次试验的目的,将一些线性和非线性的元件与集成运放组合,输出性能良好的波形.由正弦波、方波或三角波的发生器产生相应的信号，通过相互转换实现多种波形的输出。正弦波可以由RC 正弦波振荡电路产生，之后通过过零比较器可产生方波，再积分可得三角波。通过调节RC 振荡电路中的振荡电阻来实现频率可调。通过调节比例运算电路的反馈电阻来实现幅度可调，最终做成要求的函数发生器。

1.2设计目的

1．掌握电子系统的一般设计方法

2．掌握模拟IC器件的应用

3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力

4．掌握常用元器件的识别和测试

5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

1.3设计任务

方波－三角波－正弦波函数发生器

①输出波形频率范围为10Hz～10kHz且连续可调；

②正弦波幅值为±2V；

③方波幅值为2V；

④三角波峰-峰值为2V。

第2章 实验方案的设计

2.1原理框图

图2-1 原理框图

2.2正弦波发生电路的工作原理

一、产生正弦振荡的条件:

正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路；反馈网络；选频网络；稳幅电路个部分。

二、正弦波振荡电路的组成判断及分类：

(1)放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定幅值的输

出值，实现自由控制。

(2)选频网络：确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保证电路产

生正弦波振荡。

(3)正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于其反馈信号。

稳幅环节：也就是非线性环节，作用是输出信号幅值稳定。

方波 三角波 正弦波 电压比较器 积分电路 低通滤波器

三、判断电路是否振荡的方法：

(1)是否满足相位条件，即电路是否正反馈，只有满足相位条件才可产生振荡。

(2)放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作是否合适；

(3)是否满足幅度条件。

四、正弦波振荡电路检验：

(1)

则不可能振荡； (2)

振荡，但输出波形明显失真； (3) 产生振荡。振荡稳定后

。此种情况起振容易，振荡稳定，输

出波形的失真小。 五、RC 正弦波振荡电路：

常见的RC 正弦波振荡电路是RC 串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。串并联网络在此作为选频和反馈网络。

图2-2 RC 桥式正弦波振荡电路

RC 桥式正弦波振荡电路的构成如图所示。当

RC 1

wo w ==时，RC 选频网络的相移为零，这样RC 串并联选频网络送到运算放大器同向输入端的信号电压Vi 与输出电压Vo 同相，所以RC 反馈网络形成正反馈，满足相位平衡条件。为使在震荡建立期间信号做增幅震荡，应选择R1和R2可使Af ≥3，保证。因此它的起振条件为： ；它的振荡频率为： 。它主要用于低频振荡。要想